RU2520963C2 - Волоконно-оптическая измерительная система (варианты) - Google Patents
Волоконно-оптическая измерительная система (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2520963C2 RU2520963C2 RU2012135565/28A RU2012135565A RU2520963C2 RU 2520963 C2 RU2520963 C2 RU 2520963C2 RU 2012135565/28 A RU2012135565/28 A RU 2012135565/28A RU 2012135565 A RU2012135565 A RU 2012135565A RU 2520963 C2 RU2520963 C2 RU 2520963C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- circulator
- output
- electro
- tunable element
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к волоконно-оптической измерительной технике. Система содержит широкополосный источник излучения, оптический разветвитель на несколько каналов, циркулятор, оптический приемник, оптоволоконный датчик, блок управления и обработки и перестраиваемый элемент. Перестраиваемый элемент согласно первому варианту устройства выполнен на основе электрооптического модулятора, построенного по схеме несбалансированного интерферометра Маха-Цендера. Перестраиваемый элемент согласно второму варианту содержит циркулятор и электрооптический перестраиваемый фильтр. Перестраиваемые элементы выполнены на основе электрооптического кристалла типа ниобата лития или танталата лития. Технический результат - повышение надежности и скорости измерения, упрощение устройства за счет исключения механически двигающихся частей. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к волоконно-оптической измерительной технике, в частности к волоконно-оптическим измерительным системам измерения давления, температуры, деформации, на основе широкополосной интерферометрии и волоконно-оптическим датчикам на основе интерферометра Фабри-Перо и решеток Брегга.
Известно изобретение «Волоконно-оптическая измерительная система (варианты)» (№2334965; МПК: G01D 5/26, G01J 9/02; дата публикации 2008-09-27), содержащая, широкополосный источник излучения, интерферометр Фабри-Перо, фокусирующую систему, регистрирующий интерферометр и фоторегистрирующее средство, оптический Y-образный ответвитель, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессорное устройство. Широкополосный источник излучения выполнен с оптоволоконным выходом, соединенным с оптическим Y-образным ответвителем. Ответвитель соединен с интерферометром Фабри-Перо и с фокусирующей системой. Регистрирующий интерферометр выполнен в виде поляризационного интерферометра. Система может представлять собой многоканальные версии измерительной системы с пространственным и временным разделением каналов. Технический результат - уменьшение трудоемкости сборки, увеличение соотношения сигнал/шум.
Недостатком данного изобрения является наличие распределенной в пространстве элементов в составе спектрометрического блока, что уменьшает надежность схемы за счет наличия вибрации, температурных градиентов и прочих воздействий.
Известно изобретение «Устройство для измерения параметров физических полей» (№102256, МПК: G01K 11/32, дата публикации 2011-02-20), которое содержит последовательно соединенные источник двухчастотного лазерного излучения 1, оптический разветвитель 2, первый волоконно-оптический кабель 3, оптический датчик 4, второй волоконно-оптический кабель 5, первый фотоприемник 8, второй фотоприемник 7, соединенный через третий волоконно-оптический кабель 6 со вторым выходом оптического ответвителя 2, а также контроллер 11 определения параметра физического поля. В него введены фазовый детектор 9, при этом выходы первого 8 и второго 7 фотоприемников подключены соответственно к первому и второму входам фазового детектора 9, а выход фазового детектора 9 к первому входу контроллера 11 определения параметра физического поля, и измеритель коэффициента модуляции 10, при этом выход первого фотоприемника 8 также подключен ко входу измерителя коэффициента модуляции 10, а выход измерителя коэффициента модуляции 10 подключен ко второму входу контроллера 11 определения параметра физического поля.
Устройство может быть выполнено с использованием источника двухчастотного лазерного излучения 1 на основе двухчастотного лазерного излучателя, а также с использованием источника двухчастотного лазерного излучения 1 на основе опорного одночастотного лазерного излучателя и электрооптического модулятора типа интерферометра Маха-Цендера, рабочая точка модуляционной характеристики которого задана таким образом, чтобы сдвиг фаз на выходе был равен π. Устройство может быть выполнено с использованием оптического датчика 4 на основе волоконной решетки Брэгга, интерферометра Фабри-Перо, тонкопленочного фильтра. В некоторых случаях устройство может быть выполнено так, что длина третьего волоконно-оптического кабеля 6 равна сумме длин первого 3 и второго 5 волоконно-оптических кабелей.
Недостатком данного изобретения является использование двухчастотной схемы измерения и следовательно невозможности снятия полного спектра получаемого с датчиков. Таким образом, невозможно мультиплексировать несколько датчиков на одном волокне.
Известно изобретение «Метод и аппарат для высокочастотного оптического датчика передачи сигнала» (WO 2008028138 (А2), МПК: G01B 9/02, дата публикации 2008-03-06), в котором описаны способы измерения с помощью оптического датчика, в соответствии с которыми изменение длины волны в оптическом датчике преобразуется в измеримое изменение силы света, датчик может калиброваться и использоваться для измерения изменения оптической длины волны, а также изменений окружающей среды, например, для измерения температуры или деформации, которые влияют на длину волны датчика. В настоящем изобретении применяются настраиваемые оптофильтры Фабри-Перо в качестве избирательного мультиплексора длины волны для преобразования длины волны в силу света. Оптический широкополосный источник (BBS, 5), такой как источник ASE или SLED, испускает широкий спектр оптического сигнала. Этот сигнал разделяется между несколькими (N) параллельными каналами измерения (например, 3а) с 1×N спектрально плоским оптическим ответвителем (4). Результирующий оптический сигнал на каждом канале измерения (3а, 3б, 3в, 3 … 3N) идентичен оригинальным BBS спектральной формы, только с уменьшенной амплитудой, соизмеримой с разделением ответвителя. Помимо оптического пути каждого измерительного канала, спектры BBS связаны в единый входной порт (7) оптического циркулятора (6). Двунаправленного распространения оптический циркулятор (8) связан с оптическим датчиком, который включает волоконные решетки Брэгга (11а) в качестве чувствительного элемента. Принимаются меры с FBG датчика, чтобы отражение широкополосного сигнала от слоя (торцы, разъемы, соединители, и т.п.) сводятся к минимуму. Узкий спектр отражения группы от датчика FBG (центр или отражение волны) возвращается в порт (8) через оптический циркулятор (6) и выходит через один выходной порт (9). Часть света, отраженная BBS FBG датчиком через оптический ответвитель (12) передается на выход (13) ответвителя, который напрямую связан с опорным каналом (14), содержащим фотодетектор (17), например фотодиод. Другой выход (15) ответвителя соединяется с активным каналом (16), который включает в себя перестраиваемый фильтр Фабри-Перо (20), и затем фотоприемник (19), например фотодиод. Измерения выполняются как фотодиодами, и в результате соотношение измеренных сигналов между двумя каналами откалиброваны и интерпретируется как динамическое изменение длины волны датчика (или ВБР). Как правило, данные рассматриваются как изменения длины волны сигнала в зависимости от времени. Одним или несколькими оптическими датчиками этой системы можно обнаружить изменение температуры или напряжения. В предпочтительном варианте устройство на фиг.1 измеряет динамические напряжения.
Изобретение обеспечивает высокую измерительную чувствительность к небольшим амплитудам, высокочастотную модуляцию длины волны центра волоконного датчика и позволяет использовать либо частотный режим, либо переменную разрешающую способность по времени сеансов модуляции.
Недостатком данного изобретения является использование в качестве анализатора спектра перестраиваемого фильтра Фабри-Перо. Перестройка идет за счет электромеханических пьезоэлектрических устройств. Наличие механических перемещений снижает надежность во время длительной эксплуатации и скорость измерения.
Данное изобретение является ближайшим аналогом заявляемого изобретения, т.е. прототипом.
Задачей данного изобретения является повышение надежности и скорости измерения, упрощение устройства.
Данная задача решается созданием по варианту 1 волоконно-оптической измерительной системы, содержащей широполосный источник излучения, оптический разветвитель на несколько каналов, циркулятор, оптический приемник, оптоволоконный датчик, блок управления и обработки, перестраиваемый элемент, при этом выход широкополосного источника излучения соединен с оптическим ответвителем, один из выходов которого соединен с первым входом циркулятора, второй выход которого соединен с оптоволоконным датчиком, а третий выход соединен с перестраиваемым элементом, который в свою очередь соединен с оптическим приемником, подключенным к блоку управления и обработки, а управляющие выходы с процессорного блока соединены с перестраиваемым элементом, отличающейся тем, что перестраиваемый элемент выполнен на основе электрооптического модулятора, построенного по схеме несбалансированного интерферометра Маха-Цендера.
Также эта задача решается созданием по варианту 2 волоконно-оптической измерительной системы, содержащей широполосный источник излучения, оптический разветвитель на несколько каналов, циркулятор, оптический приемник, оптоволоконный датчик, блок управления и обработки, перестраиваемый элемент, при этом выход широкополосного источника излучения соединен с оптическим ответвителем, один из выходов которого соединен с первым входом циркулятора, второй выход которого соединен с оптоволоконным датчиком, а третий выход соединен с перестраиваемым элементом, который в свою очередь соединен с оптическим приемником, подключенным к блоку управления и обработки, а управляющие выходы с процессорного блока соединены с перестраиваемым элементом, отличающейся тем, что перестраиваемый элемент содержит циркулятор и электрооптический перестраиваемый фильтр, причем второй вход циркулятора соединен с входом электрооптического перестраиваемого фильтра.
На фиг.1 представлена схема волоконно-оптической измерительной системы по варианту 1.
На фиг.2 представлена схема перестраиваемого элемента по варианту 2.
Волоконно-оптическая измерительная система по варианту 1 (фиг.1) содержит широполосный источник излучения 1, оптический разветвитель на несколько каналов 2, циркулятор 3, оптический приемник 5, оптоволоконный датчик 4, блок управления и обработки 6, перестраиваемый элемент 7, при этом выход широкополосного источника излучения 1 соединен с оптическим ответвителем 2, один из выходов которого соединен с первым входом циркулятора 3, второй выход которого соединен с оптоволоконным датчиком 4, а третий выход соединен с перестраиваемым элементом 7, который в свою очередь соединен с оптическим приемником 5, подключенным к блоку управления и обработки 6, а управляющие выходы с процессорного блока 6 соединены с перестраиваемым элементом 7, при этом перестраиваемый элемент 7 выполнен на основе электрооптического модулятора 8, построенного по схеме несбалансированного интерферометра Маха-Цендера.
Волоконно-оптическая измерительная система по варианту 2 (фиг.2) отличается тем, что перестраиваемый элемент содержит циркулятор 9 и электрооптический перестраиваемый фильтр 10, причем второй вход циркулятора 9 соединен с входом электрооптического перестраиваемого фильтра 10.
Устройство по варианту 1 и 2 работает следующим образом.
Широполосный источник излучения 1 соединен с ответвителем 2, который направляет световую энергию по разным каналам, каждый канал соединен с циркулятором 3, куда излучение попадает на первый вход и выходит на втором выходе, соединенным с одним или несколькими датчиками Фабри-Перо и/или решетками Брегга 4. Излучение, отразившись от датчиков и изменив свой спектр, попадает на второй выход циркулятора 3, выходит на третьем выходе и попадает на перестраиваемый элемент 7, который представляет собой по варианту 1 несбалансированный интерферометр Маха-Цендера 8, изготовленный на электрооптическом кристалле типа ниобата лития, а по варианту 2 из циркулятора 9 и электрооптического перестраиваемого фильтра 10. При подаче с блока управления и обработки 6 на перестраиваемый элемент 7, например, линейно нарастающее напряжение пропорционально изменяется разность фазы между плечами интерферометра 8 и таким образом производится сканирование спектра. Излучение, проходя по плечам электрооптического модулятора 8, интерферирует на его выходе и попадает на оптический приемник 5, электрический сигнал с которого принимается блоком управления и обработки сигнала 6.
По варианту 2 излучение с выхода циркулятора 3 попадает на перестраиваемый элемент 7, который состоит из циркулятора 9 и электрооптического перестраиваемого фильтра на основе брегговской решетке 10. Излучение, попадая на первый вход циркулятора 9, проходит на второй его вход и попадает на электрооптический перестраиваемый фильтр 10, отражаясь от которого, снова проходит через циркулятор 7 и выход на третьем выходе. При подаче от блока управления и обработки напряжения, например, пилообразной формы, происходит изменение спектра отражения фильтра 9 и таким образом, производится сканирование спектра излучения, отраженного от датчиков 4.
Поскольку отсутствуют механические перемещения, то возрастает надежность устройства, а также скорость измерения.
Широкополосным источником излучения может быть стандартный суперлюминесцентный светоизлучающий диод, работающий на центральной длине волны 1.55 мкм.
Все компоненты: ответвитель, циркулятор, оптический приемник, являются стандартными для телекоммуникационных применений.
Блок управления и обработки может быть выполнен с использование стандартной микропроцессорной техники или на программируемых логических матрицах.
Перестраиваемый элемент по варианту 1 на основе несбалансированного электрооптического интерферометра Маха-Цендера может быть выполнен на электрооптическом кристалле типа ниобата лития или танталата лития стандартным методом получения интегрально-оптических схем.
Перестраиваемый элемент по варианту 2 может быть выполнен на основе электрооптического перестраиваемого фильтра типа Брегговской решетки на электрооптическом кристалле, например на ниобате лития или танталате лития, стандартным методом получения интегрально-оптических схем.
Технический результат достигается за счет использования в качестве перестраиваемого элемента на оптоэлектронных интегрально-оптические схемы на электрооптических кристаллах, что дает возможность создания компактного спектрометра, который не имеет распределенных в пространстве элементов и не имеет механически двигающихся частей, тем самым повышается надежность схемы, увеличивается скорость измерения, а также происходит упрощение устройства.
Claims (2)
1. Волоконно-оптическая измерительная система, содержащая широполосный источник излучения, оптический разветвитель на несколько каналов, циркулятор, оптический приемник, цепочку оптоволоконных датчиков, блок управления и обработки, перестраиваемый элемент, при этом выход широкополосного источника излучения соединен с оптическим ответвителем, один из выходов которого соединен с первым входом циркулятора, второй выход которого соединен с цепочкой оптоволоконных датчиков, а третий выход соединен с перестраиваемым элементом, который в свою очередь соединен с оптическим приемником, подключенным к блоку управления и обработки, а управляющие выходы с процессорного блока соединены с перестраиваемым элементом, отличающаяся тем, что перестраиваемый элемент выполнен на основе электрооптического модулятора, построенного по схеме несбалансированного интерферометра Маха-Цендера.
2. Волоконно-оптическая измерительная система, содержащая широполосный источник излучения, оптический разветвитель на несколько каналов, циркулятор, оптический приемник, цепочку оптоволоконных датчиков, блок управления и обработки, перестраиваемый элемент, при этом выход широкополосного источника излучения соединен с оптическим ответвителем, один из выходов которого соединен с первым входом циркулятора, второй выход которого соединен с цепочкой оптоволоконных датчиков, а третий выход соединен с перестраиваемым элементом, который в свою очередь соединен с оптическим приемником, подключенным к блоку управления и обработки, а управляющие выходы с процессорного блока соединены с перестраиваемым элементом, отличающаяся тем, что перестраиваемый элемент содержит циркулятор и электрооптический перестраиваемый фильтр, причем первый и третий вход циркулятора являются соответвенно входом и выходом перестраиваемого элемента, а второй вход циркулятора соединен с входом электрооптического перестраиваемого фильтра.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012135565/28A RU2520963C2 (ru) | 2012-08-20 | 2012-08-20 | Волоконно-оптическая измерительная система (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012135565/28A RU2520963C2 (ru) | 2012-08-20 | 2012-08-20 | Волоконно-оптическая измерительная система (варианты) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012135565A RU2012135565A (ru) | 2014-02-27 |
RU2520963C2 true RU2520963C2 (ru) | 2014-06-27 |
Family
ID=50151535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012135565/28A RU2520963C2 (ru) | 2012-08-20 | 2012-08-20 | Волоконно-оптическая измерительная система (варианты) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2520963C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU167467U1 (ru) * | 2016-07-27 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Устройство для определения центральной частоты симметричной оптической структуры |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2272991C2 (ru) * | 2004-03-24 | 2006-03-27 | Валентин Михайлович Геликонов | Устройство для интерферометрических измерений |
WO2008028138A2 (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-06 | Micron Optics, Inc. | Method and apparatus for high frequency optical sensor interrogation |
RU2008137380A (ru) * | 2008-09-19 | 2010-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Оптические измерительные системы" (RU) | Волоконно-оптическая измерительная система (варианты) |
JP4758227B2 (ja) * | 2005-12-28 | 2011-08-24 | ニューブレクス株式会社 | 分布型光ファイバセンサ |
US20120189238A1 (en) * | 2011-01-26 | 2012-07-26 | Bernard Ruchet | Unbalanced mach-zehnder interferometer and modulator based thereupon |
-
2012
- 2012-08-20 RU RU2012135565/28A patent/RU2520963C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2272991C2 (ru) * | 2004-03-24 | 2006-03-27 | Валентин Михайлович Геликонов | Устройство для интерферометрических измерений |
JP4758227B2 (ja) * | 2005-12-28 | 2011-08-24 | ニューブレクス株式会社 | 分布型光ファイバセンサ |
WO2008028138A2 (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-06 | Micron Optics, Inc. | Method and apparatus for high frequency optical sensor interrogation |
RU2008137380A (ru) * | 2008-09-19 | 2010-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Оптические измерительные системы" (RU) | Волоконно-оптическая измерительная система (варианты) |
US20120189238A1 (en) * | 2011-01-26 | 2012-07-26 | Bernard Ruchet | Unbalanced mach-zehnder interferometer and modulator based thereupon |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU167467U1 (ru) * | 2016-07-27 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Устройство для определения центральной частоты симметричной оптической структуры |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012135565A (ru) | 2014-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101825480B (zh) | 一种基于宽带光源和级连光波导滤波器的光传感器 | |
US9804001B2 (en) | Brillouin optical distributed sensing device and method with improved tolerance to sensor failure | |
US20140211202A1 (en) | Optical fibre sensor interrogation system | |
WO1998053277A1 (en) | Distributed sensing system | |
RU102256U1 (ru) | Устройство для измерения параметров физических полей | |
RU171551U1 (ru) | Распределенная волоконно-оптическая измерительная система с датчиками брэгга | |
KR101577720B1 (ko) | 광섬유 전기장 센서 및 전기장 측정 방법 | |
CN113218518A (zh) | 一种基于集成光路的正弦-余弦光频率检测装置及其在光学感测中的应用 | |
JPWO2016080415A1 (ja) | 測定装置およびセンサシステム | |
CN105806374A (zh) | 一种光纤光栅波长的解调方法 | |
US8379217B2 (en) | System and method for optical sensor interrogation | |
Oton et al. | High-speed FBG interrogation with electro-optically tunable Sagnac loops | |
RU2608394C1 (ru) | Устройство для измерения параметров физических полей | |
RU2512616C2 (ru) | Способ измерения параметров физических полей и устройство для его осуществления | |
CN103644991B (zh) | 基于dfb激光器解调的双光纤光栅的应力测量方法 | |
RU2520963C2 (ru) | Волоконно-оптическая измерительная система (варианты) | |
Liu et al. | An integrated design of ultra-high-speed FBG interrogation system-based on FDML laser | |
JP3663903B2 (ja) | 波長検出装置 | |
JP2014149190A (ja) | 計測装置、計測方法、光源装置および物品の製造方法 | |
RU161644U1 (ru) | Устройство для измерения параметров физических полей | |
RU2527308C1 (ru) | Волоконно-оптический измеритель температуры | |
Misbakhov | Combined raman DTS and address FBG sensor system for distributed and point temperature and strain compensation measurements | |
RU92180U1 (ru) | Устройство для измерения параметров физических полей | |
RU2495380C2 (ru) | Способ измерения параметров физических полей | |
RU2437063C1 (ru) | Волоконно-оптическая сенсорная система |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160821 |